Способ и устройство для предупреждения взрыва и пожара на электротрансформаторах

 

Изобретение относится к трансформаторостроению и может быть использовано для предупреждения взрыва и пожара на электрических трансформаторах с охлаждением жидкой горючей охлаждающей жидкостью. Технический результат заключается в обеспечении одновременной защиты и от избыточного давления, вызванного взрывом при пробое внутренней изоляции, и от пожара, возникающего в результате таких пробоев изоляции. Электротрансформатор содержит бак, заполненный горючей охлаждающей жидкостью, имеющий резервную емкость с горючей охлаждающей жидкостью, сообщающуюся трубопроводом с баком, и средство для нагнетания инертного газа в нижнюю часть бака. Датчик давления в баке состоит из предохранительного клапана, снабженного электрическим контактом для передачи информации об обнаружении изменения давления в блок управления. Средство спуска горючей охлаждающей жидкости, содержащейся в баке, содержит трубопровод с задвижкой для мгновенного сброса давления в баке путем частичного спуска горючей охлаждающей жидкости. 2 с. и 11 з.п.ф-лы, 2 ил.

Настоящее изобретение относится к области предупреждения взрыва и пожара на электрических трансформаторах с охлаждением жидким топливом.

Электрические трансформаторы подвергаются тепловым потерям как в обмотках, так и в сердечнике, которые требуют рассеяния производимого тепла. Так, трансформаторы высокой мощности обычно охлаждаются маслом. Используемые масла являются диэлектриками и способны воспламеняться при температуре выше порядка 140^oС. Так как трансформаторы являются дорогостоящим оборудованием, их защита требует особого внимания.

Пожары на силовых трансформаторах, изолированных диэлектрическим маслом, происходят обычно по причине пробоя внутренней электроизоляции, который вызывает часто очень сильное воспламенение. Это влечет значительное разрушение бака трансформатора и возгорание масла, которое переносит огонь к другому оборудованию в этом месте, которое также может содержать большие количества горючих материалов.

Взрывы могут быть вызваны перегрузками, перенапряжениями, постепенным износом изоляции, недостаточным уровнем масла, появлением воды или плесени или повреждением элемента изоляции.

Известны предохранительные клапаны, срабатывающие при избыточном давлении внутри бака трансформатора.

Однако эти клапаны не приспособлены для срабатывания в случае дефекта внутри изоляции трансформатора.

Известны также системы противопожарной защиты для электрических трансформаторов, которые приводятся в действие от датчиков температуры.

Но эти системы срабатывают с высокой инерционностью, когда масло трансформатора уже охвачено огнем. При этом достигают лишь локализации пожара на затронутом оборудовании, предотвращая распространение огня на соседние установки.

Задачей настоящего изобретения является создание способа, зашивающего одновременно от избыточного давления внутри трансформатора, вызванного взрывом при пробое внутренней электроизоляции, и от пожара, возникающего в результате таких пробоев изоляции.

Задачей изобретения является также создание устройства для предупреждения взрыва и пожара, которое позволяет мгновенно обнаружить пробой электроизоляции.

Согласно изобретению, способ предупреждения взрыва и пожара в электрическом трансформаторе, оборудованном баком, заполненным охлаждающей горючей жидкостью, включает следующие этапы: - обнаружение пробоя электроизоляции трансформатора посредством датчика давления, - частичный слив охлаждающей жидкости, содержащейся в баке, посредством задвижки, и - охлаждение горячей части охлаждающей жидкости нагнетанием под давлением инертного газа в нижнюю часть бака с целью перемешивания названной жидкости и вытеснения кислорода, рсположенного вблизи.

Согласно изобретению, устройство для предупреждения взрыва и пожара в электротрансформаторе, снабженном баком, заполненным горючей охлаждающей жидкостью, включает датчик давления в названном баке и средство для частичного спуска охлаждающей жидкости, содержащейся в баке.

Дефект изоляции порождает вначале сильную электрическую дугу, которая вызывает срабатывание электрических систем защиты, которые отключают блок питания трансформатора (прерыватель). Электрическая дуга вызывает также последовательную передачу энергии, которая вызывает увеличение внутреннего давления трансформатора, достаточное для разрушения его бака.

Предпочтительно, устройство для предупреждения взрыва и пожара снабжено средством обнаружения отключения блока питания трансформатора и блоком управления, который принимает сигналы, передаваемые датчиками трансформатора, и который вырабатывает управляющие сигналы.

Предпочтительно, устройство для предупреждения взрыва и пожара включает средство охлаждения горячих частей жидкости посредством нагнетания инертного газа в нижнюю часть бака, управляемое сигналом от блока управления. Действительно, некоторые части охлаждающей жидкости подвергаются нагреву, способному вызвать ее воспламенение. Нагнетание инертного газа в днище бака вызывает перемешивание охлаждающей жидкости, усредняющее температуру и позволяющее вытеснить кислород, присутствующий вблизи жидкости.

Изобретение поясняется с помощью подробного описания варианта осуществления способа, приводимого без какого-либо ограничения и проиллюстрированного прилагаемыми чертежами, на которых: фиг. 1 представляет собой общий вид устройства для предупреждения согласно изобретению, и фиг. 2 представляет собой схематический вид логики действия устройства согласно изобретению.

Как показано на чертежах, трансформатор 1 содержит бак 2, установленный на полу 3 посредством стоек 4, и питается электроэнергией по проводам 5, окруженным изоляторами 6.

Бак 2 наполнен охлаждающей жидкостью 1, например диэлектрическим маслом. С тем чтобы гарантировать постоянный уровень охлаждающей жидкости 7 в баке 2, трансформатор 1 снабжен резервной емкостью 8, сообщающейся с баком 2 через трубопровод 9.

Трубопровод 9 снабжен автоматическим клапаном 10, запирающим трубопровод 9, как только обнаруживается быстрое движение жидкости 7. Таким образом, при взрыве в баке 2 давление в трубопроводе 9 резко падает, что вызывает начало течения жидкости 7, которое быстро останавливается запиранием автоматического клапана 10. Этим создается препятствие тому, чтобы жидкость 7, содержащаяся в резервной емкости 8, подавалась при пожаре трансформатора 1.

Бак 2 снабжен датчиком 11 давления, выявляющим без промедления изменение давления, вызванное воспламенением из-за пробоя электроизоляции трансформатора 1. Датчик 11 давления может, в частности, состоять из предохранительного клапана, оборудованного электрическим контактом и передающего таким образом информацию, касающуюся обнаруженного изменения давления. Бак 2 также снабжен датчиками 12 температуры, размещенными в нескольких точках бака 2, с тем чтобы знать температуру жидкости 7. Однако эти датчики 12 температуры имеют задержку в 20 или 30 с по сравнению с датчиком 11 давления, в связи с более медленным распространением тепла, чем давления.

Бак 2 имеет датчик 13 наличия пара охлаждающей жидкости, называемый также "буххольц", устанавливаемый в верхней точке бака, обычно на трубопроводе 9. Взрыв, вызванный пробоем электроизоляции, быстро вызывает разделение пара жидкости 7 в баке 2. Датчик 13 пара предназначен, таким образом, для обнаружения пробоя электроизоляции.

Трансформатор 1 питается посредством неизображенного блока питания, который содержит средства для отсечки питания, такие как прерыватели, и который снабжен датчиками 21 отключения.

Бак 2 снабжен средствами для спуска, содержащими трубопровод 14, с которым он соединен на требуемой высоте уровня спуска. Трубопровод 13 закрыт задвижкой 15 большого диаметра, например 100-150 мм. Бак 2 имеет средство для охлаждения жидкости 7 посредством нагнетания инертного газа 16, такого как азот, в нижнюю часть бака 2. Инертный газ 16 хранится в баллоне 17 с высоким давлением, снабженном задвижкой 18, редукционным клапаном 19 и шлангом 20, подводящим газ 16 к баку 2.

Датчик 11 давления, датчики 12 температуры, датчик 13 пара, датчики 21 отключения, задвижка 15 трубопровода 14 и задвижка 18 шланга 20 подключены к управляющему блоку 22, предназначенному для контроля работы устройства. Управляющий блок 22 снабжен средствами обработки информации, принимающими сигналы с различных датчиков и способных подавать управляющие сигналы к задвижкам 15 и 18.

Устройство приводится в действие сигналом высокого давления, поступающим от датчика 11 давления, совпадающим с сигналом отключения, поступающим от датчиков 21 отключения блока питания трансформатора 1 для предупреждения взрыва и пожара. Устройство может также приводиться в действие от сигнала высокой температуры 12, совпадающего с сигналом присутствия пара, поступающего от датчика 13 пара для включения тушения пожара. Таким образом, требуется, чтобы два датчика подавали согласованную информацию в целях предотвращения неуместных включений.

При нормальных условиях устройство включается от информации о высоком давлении, согласующейся с информацией об отключении блока питания, которая управляет одновременно этапом 23 открытия задвижки 15, обеспечивающей мгновенную декомпрессию бака 2 трансформатора 1, большая часть компонентов которого остается нетронутыми, за исключением элементов, расположенных в зоне, близкой к электрической дуге, возникающей из-за пробоя изоляции. Открытие задвижки 15 позволяет предотвратить переливы воспламененной жидкости 2, когда будут подавать инертный газ 16 в бак 2, который может быть разрушен. Наконец, открытие задвижки 15 вызывает декомпрессию в трубопроводе 9, что вызывает запирание автоматического клапана 10. Резервная емкость 8 таким образом изолируется, а жидкость 7, которая в ней содержится, не поступает в зону пожара. Быстрое открытие задвижки 15 снижает также опасность взрыва и увеличивает вероятность того, что бак 2 трансформатора 1 останется нетронутым. Опасность пожара снижается, но после частичного опорожнения бака 2 этап 24 нагнетания инертного газа 16 в нижнюю часть бака 2 систематически отключается после заданного времени выдержки, например 20 с, для перемешивания жидкости 7 для усреднения ее температуры, а также для подавления возможного пламени на поверхности жидкости 7 с вытеснением кислорода. Действительно, жидкость 7, обычно масло, может воспламениться лишь при температуре выше температуры вспышки, т.е. около 140^oС. Следовательно, в случае пожара на трансформаторе 1 вследствие электрической дуги лишь поверхность жидкости 7 достигает этого значения, тогда как средняя температура составляет максимально 80^o. Перемешивание жидкости 7 обеспечивает таким образом снижение температуры наиболее горячих частей. Из соображений безопасности резервуар 17 инертного газа 16 предусмотрен для того, чтобы иметь возможность нагнетать инертный газ 16 в течение приблизительно 45 мин, что намного превышает время, предусмотренное для тушения пожара.

Трансформатор 1 может быть оборудован одним или несколькими преобразователями 25 отвода нагрузки, служащими устройствами сопряжения между названным трансформатором 1 и электрической сетью, к которой он подключен для обеспечения постоянного напряжения, несмотря на колебания тока, подаваемого в сеть. Преобразователь 25 отвода нагрузки соединен через трубопровод 26 с трубопроводом 14, предназначенным для опорожнения. Действительно, преобразователь 25 отвода нагрузки также охлаждается самовоспламеняющейся охлаждающей жидкостью. В связи с его малым объемом взрыв преобразователя отвода может быть чрезвычайно сильным и может сопровождаться выбросом струй воспламененной охлаждающей жидкости. Трубопровод 26 снабжен калиброванной диафрагмой 27, способной разрушаться в случае короткого замыкания избыточного давления внутри преобразователя 25 отвода нагрузки. Таким образом предотвращают взрыв бака названного преобразователя 25 отвода нагрузки. Он содержит также датчик 28 давления, связанный, с одной стороны, с блоком питания трансформатора 1 для отключения блока, а с другой стороны, с управляющим блоком 22 для пуска в работу устройства для предупреждения во время короткого замыкания в преобразователе 25 отвода.

Благодаря изобретению располагают таким образом способом и устройством для предупреждения взрыва и пожара в трансформаторе, которые не требуют больших изменений имеющихся элементов, которые обнаруживают пробои изоляции чрезвычайно быстро и действуют почти одновременно, так, чтобы ограничить вытекающие из этого последствия. Это позволяет спасти трансформатор, а также преобразователь отвода нагрузки и минимизировать ущерб, вызванный коротким замыканием.

Формула изобретения

1. Способ предупреждения взрыва и пожара электротрансформатора (1), содержащего бак (2), заполненный горючей жидкостью (7), и резервную емкость (8) с горючей охлаждающей жидкостью, сообщающуюся трубопроводом (9) с баком (2), в котором охлаждают (24) горячие части горючей охлаждающей жидкости (7) путем нагнетания инертного газа (16) под давлением в нижнюю часть бака (2) средствами для нагнетания инертного газа с задвижкой (18) с целью перемешивания горючей охлаждающей жидкости (7) и вытеснения расположенного в непосредственной близости кислорода, отличающийся тем, что указанному этапу охлаждения предшествует этап предупреждения взрыва и пожара электротрансформатора путем обнаружения пробоя его изоляции посредством датчика (11) давления, состоящего из предохранительного клапана, снабженного электрическим контактом для обеспечения передачи информации об обнаружении изменения давления в блок управления, и этап мгновенного сброса давления в баке (2) путем частичного спуска горючей охлаждающей жидкости (7) средством, содержащим трубопровод (14) с задвижкой (15).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает в себя этап отсечения резервной емкости (8) охлаждающей жидкости (7) автоматическим клапаном (10), препятствующим подаче горючей охлаждающей жидкости (7) в бак (2), причем электроклапан (10) закрывается, как только обнаруживается быстрое движение горючей охлаждающей жидкости (7), вызванное падением ее давления при взрыве в баке (2).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что включает в себя этап обнаружения присутствия пара горючей охлаждающей жидкости (7) в баке (2) посредством датчика (13) пара, установленного в верхней части бака (2), выполненного с возможностью вызывать частичный спуск горючей охлаждающей жидкости (7) и нагнетания инертного газа (16) в баке (2).

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что включает в себя этап определения температуры горючей охлаждающей жидкости (7) посредством датчиков (12) температуры, размещенных в нескольких точках бака (2), имеющих задержку на 20-30 с по сравнению с датчиком (11) давления и выполненных с возможностью вызывать частичный спуск горючей охлаждающей жидкости (7) и нагнетания инертного газа (16) в баке (2).

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что включает в себя этап отключения блока питания трансформатора посредством датчиков (21) отключения, выполненных с возможностью вызывать частичный спуск горючей охлаждающей жидкости (7) и нагнетания инертного газа (16) в баке (2).

6. Способ по любому из пп.3-5, отличающийся тем, что этап частичного спуска (23) горючей охлаждающей жидкости (7) начинается только при условии, если команда на начало этого этапа (23) поступает от двух указанных датчиков одновременно.

7. Устройство для предупреждения взрыва и пожара электротрансформатора (1), содержащего бак (2), заполненный горючей охлаждающей жидкостью (7), имеющий резервную емкость (8) с горючей охлаждающей жидкостью, сообщающуюся трубопроводом (9) с баком (2), и средство для нагнетания инертного газа (16) в нижнюю часть бака (2), имеющее задвижку (18), отличающееся тем, что оно содержит датчик (11) давления в баке (2), состоящий из предохранительного клапана, снабженного электрическим контактом, обеспечивающим передачу информации об обнаружении изменения давления в блок управления, и средство спуска горючей охлаждающей жидкости (7), содержащейся в баке (2), содержащее трубопровод (14) с задвижкой (15) для мгновенного сброса давления в баке (2) путем частичного спуска горючей охлаждающей жидкости (7).

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, оно содержит датчик (13) пара горючей охлаждающей жидкости (7), установленный в верхней части бака (2), датчики (12) температуры горючей охлаждающей жидкости (7), размещенные в нескольких точках бака (2), имеющих задержку на 20-30 с по сравнению с датчиком (11) давления в баке (2), и датчик (21) отключения блока питания электротрансформатора (1).

9. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что управляющий блок (22) содержит средства обработки информации, принимает сигналы от указанных датчиков и предназначен для контроля работы устройства и подачи управляющих сигналов к задвижкам (15) и (18).

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что задвижка (15) для мгновенного сброса давления в баке (2) выполнена с возможностью открывания по сигналу управления от управляющего блока (22).

11. Устройство по любому из пп.7-10, отличающееся тем, что средство нагнетания инертного газа (16) содержит емкость (17) с инертным газом под давлением, снабженную шлангом (20), подводящим инертный газ к баку (2) с редукционным клапаном (19) и задвижкой (18).

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что задвижка (18) открывается по сигналу управления, поступающему от управляющего блока (22).

13. Устройство по любому из пп.7-12, отличающееся тем, оно снабжено преобразователем (25), служащим устройством сопряжения между электротрансформатором и электрической сетью и соединенным с трубопроводом (14) сброса горючей охлаждающей жидкости (14) трубопроводом (26), снабженным калиброванной диафрагмой (27), разрушающейся в случае избыточного давления в преобразователе (25), и датчиком давления (28), связанным с блоком питания для его отключения и с управляющим блоком (22).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2